Epitaxial Pb on InAs nanowires
半导体-超导体混合体被广泛用于实现复杂的量子现象，如拓扑超导性和自旋耦合到库珀对。在高磁场和不断增加的工作温度下的非常规状态需要新的外延匹配的超导体-超导体材料。挑战在于为具有所需固有特性的材料之间的异质结构形成创造有利条件。在这里，我们利用增加的知识，半导体上的金属生长，开发InAs纳米线与外延匹配，单晶，原子平面铅膜沿整个纳米线。这些高度有序的异质结构具有7 K的临界温度和1.25 meV的超导能隙，其在8.5 T下保持坚硬，从而使可用的参数空间增加一倍以上。此外，InAs/Pb岛器件表现出从库珀对到单电子充电的磁场驱动的转变;这是用于拓扑量子计算的先决条件。引入超导体-Pb混合物可能使量子系统阵列能够进入全新的状态。
2020-02-26 cond-mat.mes-hall
Measurements of spin-orbit interaction in epitaxially grown InAs nanosheets
我们报告的单栅，平面场效应器件由一个独立的，纤锌矿晶体InAs纳米片的低温输运研究。通过分子束外延生长的纳米片和场效应器件的特征在于栅极传输特性测量和磁场取向依赖的传输测量。测量结果表明，该器件具有优良的电学性能，纳米片中的电子输运具有二维性质。在不同的栅压和温度下对器件进行了低场磁导测量，提取了纳米片中的特征输运长度，如相位相干长度、自旋轨道长度和平均自由程。据发现，在纳米片中的自旋轨道长度是短的，在150 nm的顺序上，表明在InAs纳米片中存在强的自旋轨道相互作用。我们的研究结果表明，外延生长的，独立的，InAs纳米片可以作为一个新兴的半导体纳米结构平台，应用于自旋电子学，自旋量子比特和平面拓扑量子器件。
2020-09-24 cond-mat.mes-hall
Superconducting proximity effect in epitaxial Al-InAs heterostructures
半导体基约瑟夫森结为研究邻近效应提供了一个平台，因为它可以通过栅极电压调节结的特性，并可以大规模制造复杂的约瑟夫森电路。近年来，利用InAs弱连接与外延铝接触的约瑟夫森结除了提高制造工艺的可靠性之外，还提高了正常电阻与临界电流的乘积$I_cR_N$。在这里，我们研究了类似的器件与外延接触，发现大的超导和大量的产品$I_cR_N$在我们的结。然而，当我们将这些样品与更高迁移率的样品在过电流和正常电阻的乘积$I_{ex}R_N$方面进行比较时，我们发现了显著的差异。在低迁移率器件中，过电流可以忽略不计，而在高迁移率样品中，过电流很大且与栅电压和结长无关。这表明，即使两种样品类型都具有外延接触，只有高迁移率的样品具有高透明度界面。在高迁移率短结中，我们观察到半导体弱连接中的$I_cR_N/Δ\sim 2.2$和$I_{ex}R_N/Δ\sim 1.5$值。
2019-01-09 cond-mat.mes-hall
Transparent Semiconductor-Superconductor Interface and Induced Gap in an Epitaxial Heterostructure Josephson Junction
测量多Andreev反射（MAR）在约瑟夫森结制成的InAs异质结与外延铝被用来量化的高度透明的超导体-超导体界面，表明近单位传输。所观察到的MAR的温度依赖性并不遵循传统的BCS形式，而是与量子阱中的态密度获得有效诱导能隙的模型一致，在我们的情况下为180 μeV，接近于外延超导体的能隙。MAR的载流子密度依赖性进行了研究，使用耗尽门，揭示了半导体量子阱的子带结构，与在同一晶片上进行的裸InAs的磁输运实验一致。
2016-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Proximity Effect Transfer from NbTi into a Semiconductor Heterostructure via Epitaxial Aluminum
我们展示了转移的超导性能的NbTi-一个大的间隙高临界场超导体-到InAs异质结构通过薄的中间层外延Al。两个设备的几何形状，一个约瑟夫森结和一个栅极定义的量子点接触，被用来表征界面的透明度和两步邻近效应。在约瑟夫森结中，多次Andreev反射揭示了接近1的透明性，具有诱导间隙$Δ^*=0.50~\mathrm{meV}$和临界温度$7.8~\mathrm{K}$。Tunneling光谱产生硬诱导间隙相邻的超导体的$Δ^*=0.43~\mathrm{meV}$与Al和NbTi的子结构特征的InAs。
2016-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Coherent Epitaxial Semiconductor-Ferromagnetic Insulator InAs/EuS Interfaces: Band Alignment and Magnetic Structure
混合超导体-铁磁绝缘体异质结构由于其可调谐的电子输运、自维持的杂散场和局部邻近的磁交换而引起人们的兴趣。在这项工作中，我们提出了晶格匹配的半导体-铁磁绝缘体InAs/EuS异质结的混合外延，并分析了原子尺度的结构，以及它们的电子和磁性特性。发现InAs/EuS界面处的费米能级接近于InAs导带和EuS的带隙，从而保持了半导体性质。中子和X射线反射率的测量表明，铁磁成分主要是本地化的EuS薄膜与抑制的EuS层中最接近的InAs的Eu力矩。在相邻的InAs层的诱导矩没有检测到，虽然我们的从头计算表明在InAs层的小交换场。这项工作向实现高质量的半导体-铁磁绝缘体混合体迈出了一步，这是在没有外部磁场的情况下开发各种量子和自旋电子学应用的关键要求。
2019-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Transport studies of epi-Al/InAs 2DEG systems for required building-blocks in topological superconductor networks
半导体纳米结构中的一维电子输运和诱导超导是实现拓扑超导的关键。我们的拓扑超导性的方法采用二维电子气（2DEG）形成的InAs量子阱，干净的超导体（外延铝）接口。这种外延Al/InAs量子阱异质结构有利于制备由多个Majorana零模组成的大规模纳米结构。在这里，我们展示了使用高质量epi-Al/InAs 2DEG异质结构的构建块传输研究，这些异质结构可以放在一起，以实现所提出的基于1D外延的纳米结构和基于2DEG的网络，这些网络可以承载多个马约拉纳零模式：使用1）量子点接触和2）InAs 2DEG中栅极定义的准1D通道的1D输运以及3）弹道Al-InAs 2DEG-Al约瑟夫森结。从一维输运，系统的半整数电导量子的电导平台的演变观察到作为一个结果，在InAs的2DEG强的自旋轨道耦合。大的IcRn（来自约瑟夫森结的临界电流和正常状态电阻的乘积）表明外延Al和InAs 2DEG之间的界面是高度透明的。基于二维方法的电子输运研究结果表明，外延超导体/二维半导体系统适合于实现大尺度纳米结构的量子计算应用。
2017-05-15 cond-mat.mes-hall
Impact of epitaxial strain on the topological-nontopological phase diagram and semimetallic behavior of InAs/GaSb composite quantum wells
通过输运测量和八带$\mathbf{k\cdot p}$计算，研究了外延应变对量子自旋霍尔绝缘体的主体结构InAs/GaSb复合量子阱（CQW）电子性质的影响.使用不同的衬底和缓冲层结构的晶体生长，我们准备了两种类型的样品有很大不同的应变条件。具有几乎无应变的GaSb层的CQWs在电荷中性点处表现出电阻峰值，其反映了带反转制度中的拓扑间隙的开口。相反，对于在GaSb层中具有0.50\%双轴拉伸应变的CQW，对于相同程度的带反转，发现表明能隙闭合的半金属行为。此外，与拉伸应变，拓扑和非拓扑制度之间的边界位于一个较大的InAs厚度。八带$\mathbf{k\cdot p}$计算表明，GaSb中的拉伸应变不仅改变了相界，而且显著地改变了能带结构，这可能导致间接能隙的闭合，使系统在拓扑状态下也是半金属的.因此，我们的研究结果提供了一个全球性的拓扑-非拓扑相图的层厚度和应变的函数。
2020-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle dynamics in epitaxial Al-InAs planar Josephson junctions
本文通过向集成在SQUID中的外延Al-InAs约瑟夫森结注入准粒子，研究其安德烈夫束缚态对QP的捕获与清除动力学，揭示几微秒时间尺度与电子-声子弛豫一致，为高透明度结的准粒子效应提供实验依据。
2023-05-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Superconducting proximity effect in InAsSb surface quantum wells with in-situ Al contact
我们在用外延Al接触生长的InAs $_{0.5}$ Sb $_{0.5}$量子阱中发现了强的超导邻近效应，这对介观和拓扑超导性具有重要意义.与更普遍研究的InAs和InSb半导体不同，体InAs $_{0.5}$ Sb $_{0.5}$支持更强的自旋轨道耦合和更大的$g$因子。然而，这些潜在的理想属性还没有以前测量的外延异质结构与超导体，这可以作为容错拓扑量子计算的平台。通过结构和输运表征，我们观察到高质量的接口和强自旋轨道耦合。我们在InAs $_{0.5}$ Sb $_{0.5}$量子阱上制备了约瑟夫森结，观察到了很强的邻近效应。这些结在500 nm的接触间距处表现出正常电阻与临界电流的乘积$I_{c}R_{N} = \SI{270}{\micro V}$和过量电流的乘积$I_{ex}R_{N} = \SI{200}{\micro V}$。这两个量都证明了高度透明接触的鲁棒和长距离邻近效应。
2020-04-01 cond-mat.mes-hall
Superconducting bistability in floating Al islands of hybrid Al/InAs nanowires
本文通过实验与数值计算研究全壳 Al/InAs 纳米线浮置 Al 岛的电流驱动超导—正常转变，揭示电压跳变、磁抑制滞后及低能非平衡修正导致的双稳性，并证明双温模型失效。
2025-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Local Control of Supercurrent Density in Epitaxial Planar Josephson Junctions
约瑟夫森结中的临界电流对外加面外磁场的响应提供了对其电流分布均匀性的了解。在具有半导体弱连接的约瑟夫森结中，载流子密度以及因此总电流分布可以通过金属栅极静电地修改。在这里，我们展示了本地控制的电流分布在外延铝铟砷约瑟夫森结配备了五个迷你门。我们证明了不仅可以静电定义结宽，而且我们可以局部调节电流分布，形成超导量子干涉器件。我们的研究表明，在这样的长结，这可以被消除的迷你门，以创建一个均匀的电流分布的边缘导电增强。
2021-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Triggering InAs/GaAs Quantum Dot nucleation and growth rate determination by in-situ modulation of surface energy
外延InAs/GaAs量子点（QD）作为高效、纯净的单光子源和纠缠光子对源被广泛应用，然而可靠的晶圆级生长技术却被证明是难以捉摸的。二维量子阱（QW）薄膜的生长可以以原子精度低至材料中电子的德布罗意波长以下来实现，从而暴露出盒中量子粒子能量与厚度平方的关系。然而，在控制纳米结构成核的确切时刻的困难掩盖了这种行为在外延量子点材料，防止其生长的清晰理解。在这项工作中，我们表明，量子点成核可以诱导直接调制的晶体表面能，而无需额外的材料或设备。这使我们获得了量子点生长速率的定量测量，并使量子点生长过程的预测设计成为可能。我们相信这种技术对于实现单光子水平上可扩展量子器件所需的量子点均匀阵列至关重要。
2019-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional epitaxial superconductor-semiconductor heterostructures: A platform for topological superconducting networks
拓扑超导性的新兴领域的进展依赖于新材料组合的合成，结合超导性，低密度和自旋轨道耦合（SOC）。例如，理论[1-4]表明具有强SOC的一维（1D）半导体（Sm）和超导体（S）之间的界面具有非平凡拓扑性质的Majorana模式[5-8]。最近，Al在InAs纳米线上的外延生长显示出产生具有均匀透明界面[9]和硬诱导间隙的高质量S-Sm系统，其由强烈抑制的子间隙隧穿电导[10]指示。在这里，我们报告的实现的二维（2D）的InAs/InGaAs异质结与外延Al，产生一个平面的S-Sm系统的结构和传输特性一样好的外延线。2D外延S-Sm系统的实现代表了导线的重大进步，允许通过自上而下的处理扩展网络。在众多潜在的应用中，这种新材料系统可以作为具有门控马约拉纳零模的拓扑超导体的复杂网络的平台[1-4]。我们展示了门控约瑟夫森结和一个高度透明的二维S-Sm界面的基础上的产品的过剩电流和正常状态电阻。
2015-11-07 cond-mat.mes-hall
Near-surface InAs 2DEG on a GaAs substrate: characterization and superconducting proximity effect
我们研究了GaAs衬底上基于InAs量子阱的近表面二维电子气。在没有电介质层的设备中，我们估计大的电子迁移率的顺序为$10^5$ cm $^2$ /Vs。我们已经观察到量子点接触的量子化电导，并确定了g因子。使用外延铝层的样品，我们定义了多个约瑟夫森结，并发现临界电流是栅极可调的。基于多个Andreev反射的超导体-超导体界面是透明的，具有125 $μ$ eV的诱导间隙。我们的研究结果表明，该平台的混合拓扑超导器件的可行性。
2023-03-17 cond-mat.mes-hall
Current-phase relations of InAs nanowire Josephson junctions: from interacting to multi-mode regimes
具有超导引线的门可调谐超导体纳米线形成奇异的约瑟夫森结，这是两种类型的量子比特的非常理想的平台：具有拓扑超导性的量子比特（马约拉纳量子比特）和基于可调谐非谐性的量子比特（门控量子比特）。然而，控制它们的行为需要了解它们的静电环境和电子结构。在这里，我们研究门InAs纳米线与外延铝壳。通过测量电流-相位关系（CPR），并将其与分析和数值计算进行比较，我们表明，我们可以调整模式的数量，确定每个模式的透明度，并调整到电子-电子相互作用明显的制度，表明存在一个量子点。考虑到静电和几何效应，我们进行微观自洽薛定谔-泊松数值模拟，揭示了结中的Andreev态的能谱以及它们的空间分布。我们的工作系统地展示了器件几何形状，栅极电压和相位偏置对模式行为的影响，为正在进行的实验工作和预测器件设计提供了新的见解。
2019-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Infrared transmission spectroscopy of charge carriers in self-assembled InAs quantum dots under surface electric fields
利用傅里叶变换红外（FTIR）透射光谱研究了无外加磁场条件下单层InAs自组装量子点（SAQD）中电子和空穴的子能级间距.在分子束外延的超高真空条件下生长外延、互补掺杂和半透明的静电栅极，以调节器件的电压，而二维电子气（2DEG）用作背接触。使用光致发光光谱和FTIR光谱间接计算空穴子能级的间距。观察到的间距很好地拟合计算值的电子和空穴。此外，由于器件顶部的QD层，2DEG的子带间共振增强。
2014-09-18 cond-mat.mes-hall
Photon assisted tunneling of high order multiple Andreev reflections in epitaxial nanowire Josephson junctions
半导体/超导体混合体表现出一系列现象，可用于新物理学的研究和新技术的开发。因此，了解这种混合物的能量谱的起源是一个至关重要的目标。在这里，我们研究的约瑟夫森结定义的阴影外延InAsSb/Al纳米线。该器件在低温下表现出栅极可调的超电流，在有限的偏压下表现出多重Andreev反射（MAR）。在微波辐射下，MAR的光子辅助隧穿（PAT）在量子化能量处产生特征振荡边带，它依赖于MAR阶数$n$，与最近提出的经典Tien-Gordon方程的修正一致.量子化的能量间距与微波频率的缩放提供了由$n^\mathrm{th}$顺序隧道过程转移的有效电荷$ne$的独立确认。测量结果表明，PAT作为一个强大的方法分配的低能量的混合约瑟夫森器件的光谱特征的起源。
2022-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Anomalous Fraunhofer Interference in Epitaxial Superconductor-Semiconductor Josephson Junctions
研究了基于InAs/InGaAs异质结的超导-半导体-超导（SNS）结中的临界电流随垂直磁场和面内磁场的变化规律.这种材料系统由于其非常好的超导体-半导体耦合以及半导体中的大自旋轨道相互作用和g因子而引起人们的兴趣。薄的外延Al允许在不破坏超导性的情况下施加大的面内场。对于垂直于结的场，通量聚焦会导致临界电流模式中的非周期性节点间距，称为夫琅和费模式，类似于光学中的相关干涉效应。添加一个面内场会在图案中产生两个进一步的异常。首先，高阶节点被系统地加强，表明电流沿设备的边缘流动，作为由诱导的磁通偶极子驱动的Andreev状态的限制的结果;第二，在干扰中出现的不对称性取决于场的方向和幅度。提出了一个模型，显示出良好的协议与实验，阐明通量聚焦，塞曼和自旋轨道耦合，以及在产生这些效果的障碍的作用。
2016-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Flux-periodic supercurrent oscillations in an Aharonov-Bohm-type nanowire Josephson junction
研究GaAs/InAs核壳纳米线约瑟夫森结，通过h/e与h/2e磁通振荡揭示管状导电通道和Andreev输运，证明InAs壳层被半壳超导接触完全邻近化。
2024-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Hard gap in epitaxial semiconductor-superconductor nanowires
超导性的许多现在和未来的应用将受益于载流子密度和隧穿速率的静电控制，这是半导体器件的标志。一个特别令人兴奋的应用是实现拓扑超导性作为量子信息处理的基础。基于半导体纳米线中的邻近效应的这一方向的提议很有吸引力，因为关键成分目前已经掌握。然而，以前的情况下，接近半导体显示显着的隧道电导低于超导能隙，这表明一个连续的subgap状态-一种情况，使拓扑保护无效。在这里，我们报告了一个硬超导能隙诱导的邻近效应在半导体中，使用外延Al-InAs超导体-半导体纳米线。硬间隙，以及良好的材料性能和栅极可调谐性，使这种新的混合系统的一些应用程序，以及介观超导的基础研究有吸引力。
2015-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Single photon emission from droplet epitaxial quantum dots in the standard telecom window around a wavelength of 1.55 $μ$m
研究了InP（111）A衬底上液滴外延生长的通信波长InAs量子点的发光动力学。使用三元合金InAlGaAs作为阻挡材料导致在1.55 $μ$ m电信C波段的光子发射。在没有非辐射复合影响的情况下，理论上的带间跃迁强度很好地描述了发光衰减。强度自相关函数显示出清晰的反聚束光子统计。结果表明，我们的量子点是有用的单光子和量子纠缠光子对构建一个实用的源。
2020-01-21 cond-mat.mes-hall
Hybrid superinductance with Al/InAs
The James Franck Institute, University of Chicago（芝加哥大学詹姆斯·弗兰克研究所）；Center for Quantum Phenomena, Department of Physics, New York University（纽约大学物理系量子现象中心）；Department of Physics and Astronomy, Northwestern University（西北大学物理与天文学系）；The Department of Physics, University of Chicago（芝加哥大学物理系）
研究基于Al/InAs异质结的约瑟夫森结链的微波光谱，发现超电感特性及高特征波阻抗，无明显色散偏离，但内部品质因子随频率下降，提出可能的内禀损耗机制。
2026-01-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hybrid Double Quantum Dots: Normal, Superconducting, and Topological Regimes
外延超导体-超导体混合材料是研究介观和拓扑超导性的极好基础，因为半导体继承了硬超导能隙，同时保持可调的载流子密度。在这里，我们调查的双量子点器件制成的InAs纳米线与图案化的外延铝两面壳，proximitizes两个栅极定义的段沿纳米线。我们遵循的演变介观超导和充电能量在这个系统中作为磁场和电压调谐势垒的函数。点间耦合使用侧栅极从强到弱变化，并且通过施加磁场在正常、超导和拓扑状态之间变化基态。我们通过跟踪连续的共隧穿峰之间的间距作为轴向磁场的函数来识别拓扑转变，并表明单个点主机弱杂交Majorana模式。
2016-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Andreev molecule in parallel InAs nanowires
通过隧穿耦合单个原子从根本上改变了物质的状态：束缚在原子核上的电子变得离域，导致从绝缘状态变为金属状态，正如从固体的典型例子中所熟知的那样。如果隧穿通过超导真空发生，原子链可能会导致更奇异的状态，并可以诱导拓扑保护的激发，如马约拉纳或副费米子。为了实现这种人工链，将单个原子耦合到超导真空中已经得到了很好的研究，但是通过超导体实现两个位置的杂化还没有报道。BCS凝聚体的特殊真空为湮灭或从体中产生两个电子开辟了道路，从而导致所谓的Andreev分子态。通过采用平行纳米线与铝超导壳，两个人工原子之间的外延超导链接创建在一个最小的距离。通过BCS真空的杂化首次在两个人造原子之间观察到，作为Andreev分子状态的证明。
2021-03-29 cond-mat.mes-hall
Anomalous Metallic Phase in Tunable Destructive Superconductors
小于相干长度的多重连接超导体表现出破坏性的超导性，其特征在于由磁通量驱动的重入量子相变。我们调查的破坏性超导通量，横向磁场，温度和电流在InAs纳米线与周围的外延铝壳的依赖关系，发现良好的协议与平均场论跨越多重入过渡。在破坏性和非破坏性区域之间的交叉附近，观察到异常金属相，其电阻与温度无关，由毫特斯拉尺度的横向磁场控制在两个数量级以上。
2020-02-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Relating Andreev Bound States and Supercurrents in Hybrid Josephson Junctions
我们研究了由两个高透射约瑟夫森结耦合的超导环组成的超导量子干涉器件，所有这些都定义在外延InAs/Al异质结构中。一种新颖的器件设计允许在结的正常区域内独立测量Andreev束缚态谱和由此产生的电流-相位关系。我们表明，知识的Andreev束缚态光谱本身就足以推导出独立测量的相位相关的超电流。另一方面，相反的关系通常不成立，因为能谱的细节在临界电流测量中被平均。最后，场相关的光谱和超导的定量理解需要考虑到在回路中的第二个结和外延铝膜的动力学电感。
2019-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Determination of the current-phase relation of an InAs 2DEG Josephson junction with a microwave resonator
本研究通过微波谐振器测定InAs二维电子气约瑟夫森结的栅极依赖电流-相位关系，观察面外磁场超流干涉及面内磁场诱导的各向异性不对称，为混合纳米电路表征提供关键数据。
2024-06-28 cond-mat.mes-hall
Experimental Measurements of Effective Mass in Near Surface InAs Quantum Wells
近表面砷化铟量子阱由于可以与超导薄膜外延连接，是研究介观和拓扑超导性的有力平台，近年来引起了人们极大的兴趣。在这项工作中，我们提出了二维电子气局限于砷化铟量子阱表面附近的磁输运性质。在低磁场下，从Shubnikov-de Haas振荡的包络线中提取的电子质量显示出平均有效质量$m^{*}$ = 0.04。我们的磁输运研究的补充，我们采用回旋共振测量和提取的电子有效质量在超高磁场制度。我们的测量结果表明，有效质量依赖于磁场在这个制度。通过考虑砷化铟导带的非抛物性模型，可以理解这些数据。
2020-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A unified numerical approach to semiconductor-superconductor heterostructures
我们开发了一个统一的数值方法来模拟超导体-超导体异质结。我们的方法考虑到平等的基础上的重要的关键成分：邻近诱导的超导性，轨道和塞曼效应的应用磁场，自旋轨道耦合以及静电环境。作为一个模型系统，我们认为砷化铟（InAs）纳米线与外延铝（Al）壳，并证明所获得的结果与现有的实验数据的定性协议。最后，我们描述了有限磁场中出现的拓扑超导相，并计算了相应的拓扑相图。
2019-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Tuning supercurrent in Josephson field effect transistors using h-BN dielectric
外延Al-InAs异质结构中的透明界面为介观和拓扑超导的潜在发展提供了一个很好的平台。在这些异质结构上制造的基于半导体的约瑟夫森结场效应晶体管（JJ-FET）具有调谐超电流的金属栅极。在这里，我们报告的栅极可调铝铟砷结型场效应晶体管的制造和测量，其中与铟砷接触的栅极电介质是由机械剥离的六方氮化硼（h-BN），然后通过干转移使用范德华介导的拾取过程。我们讨论的制造工艺，使分层材料转移和铝铟砷异质结构之间的兼容性，以避免化学反应和无意掺杂，可能会影响的JJ-FET的特性。我们仅用5~nm厚的h-BN薄片就实现了超电流的全栅可调。我们将我们的工艺与使用常规AlO $_{\rm x}$栅极电介质制造的器件进行对比，并表明h-BN可能是JJ-FET器件的优秀竞争电介质。我们观察到，正常电阻和临界电流的产品，I $_{\rm c}$ R $_{\rm n}$，是两种类型的设备，但显着更高的R $_{\rm n}$的h-BN基的设备表明，表面掺杂少相比，AlO $_{\rm x}$栅极电介质。
2021-01-28 cond-mat.mes-hall
Anodic Oxidation of Epitaxial Superconductor-Semiconductor Hybrids
我们展示了一种新的制造工艺的混合超导体-超导体异质结构的基础上阳极氧化（AO），允许控制外延铝膜的减薄。在绝缘GaAs衬底上生长的氧化外延Al薄膜的结构和输运研究揭示了空间非均匀性和增强的临界温度和磁场。在具有导电量子阱的混合InAs异质结构上外延Al的氧化显示出类似的增强的超导性质，通过邻近效应转移到二维电子气（2DEG），临界垂直磁场高达3.5 T。通过Al的完全氧化获得使异质结构免于暴露于空气的绝缘AlOx膜。它同时消除了剥离Al的需要，剥离Al会损坏下面的半导体。AO钝化产生的2DEG迁移率比通过湿法蚀刻去除Al的类似器件高两倍。一个AO钝化的霍尔条显示量子霍尔功能出现在2.5 T的横向场，低于薄膜的临界横向场，最终允许透明耦合的量子霍尔效应和超导性。AO减薄和钝化与标准光刻技术兼容，横向分辨率低于50 nm。我们展示了本地图案化的AO通过实现基于磁阻的约瑟夫森结操作高达0.3 T的垂直。
2020-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Superconductor-Semiconductor Two-Dimensional Systems for Superconducting Quantum Circuits
固态设备上的量子比特可能提供开发可扩展的量子信息处理器所需的快速控制。在过去的二十年里，材料创新和设计突破大大提高了量子比特的功能和一致性。在这里，我们表明，通过改善作为半导体的InAs和作为超导体的Al之间的界面，可以可靠地制造压控约瑟夫森结场效应晶体管（JJ-FET），其可以用作可调谐量子比特、谐振器和耦合器开关。我们发现，带隙工程是至关重要的，在实现一个二维电子气表面附近。此外，我们展示了半导体层和超导接触之间的耦合如何影响量子比特的性质。本文给出了用结型场效应管制作的量子二能级系统中单光子和双光子吸收的非谐性和耦合强度。
2021-03-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Numerical study of PbTe-Pb hybrid nanowires for engineering Majorana zero modes
外延超导体-超导体（SM-SC）混合纳米线是实现马约拉纳量子比特的潜在候选者。最近的实验和理论工作表明，SM中的带电杂质仍然是所有现有混合纳米线的主要问题，其中SM是InAs或InSb，而SC主要是Al。在这里，我们从理论上验证了最近提出的PbTe-Pb混合纳米线作为Majorana器件的潜在候选者。通过对PbTe纳米线的静电和电子性质的研究，我们发现PbTe纳米线的巨大介电常数赋予了其对带电杂质的高容忍度，这是其相对于InAs和InSb纳米线的潜在优势。此外，我们发现PbTe纳米线的有效轴向Landé $g$因子和Rashba自旋轨道耦合强度与InAs纳米线相当。Pb作为超导体的优点是：（i）Pb比Al具有更大的超导能隙、更高的临界温度和更高的平行临界磁场，（ii）Pb与PbTe之间的弱耦合也能在PbTe-Pb中诱导出与InAs-Al和InSb-Al相当的超导能隙，同时减轻了超导体对超导的重整化和诱导无序效应;以及（iii）Pb膜可以在PbTe上生长，其间具有薄的缓冲CdTe层，解决了作为无序的重要来源的晶格失配问题。在平行磁场存在的情况下，由于PbTe-Pb纳米线的高度各向异性Landé $g$因子，我们发现PbTe-Pb的典型BdG能谱和隧道谱与暴露于倾斜磁场的InAs和InSb基混合纳米线的能谱和隧道谱相似。计算的PbTe-Pb拓扑相图表明，PbTe的多相性使其比InAs和…
2022-02-28 cond-mat.mes-hall
High transparency induced superconductivity in field effect two-dimensional electron gases in undoped InAs/AlGaSb surface quantum wells
Institute for Quantum Computing, University of Waterloo（量子计算研究所，滑铁卢大学）；Department of Physics, University of Waterloo（物理系，滑铁卢大学）；Northern Quantum Lights inc.（北方量子灯光公司）；Department of Chemistry, University of Waterloo（化学系，滑铁卢大学）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of Waterloo（电气与计算机工程系，滑铁卢大学）
本研究在未掺杂InAs/AlGaSb表面量子井中观察到高透明度诱导的超导性，通过SNS结实现了高达99%的界面透明度，并展示了显著的特征电压和临界电流密度。
2024-05-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin-orbit splitting of Andreev states revealed by microwave spectroscopy
我们已经进行了微波光谱学的Andreev状态在超导弱链接定制的InAs-Al（核-全壳）外延生长的纳米线。光谱呈现出鲜明的特点，与束的四条线交叉时，超导相位差的弱连接是0或$π.$我们解释这些所产生的零场自旋分裂Andreev状态。一个简单的分析模型，考虑到Rashba自旋轨道相互作用的纳米线包含几个横向子带，解释了这些功能和它们的演变与磁场。我们的研究结果表明，自旋自由度是可寻址的约瑟夫森结，并构成了第一步走向其操纵。
2018-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Thin-capping layer epitaxial quantum dots for near-field quantum photonics
本研究通过生长具有10至20纳米薄GaAs覆盖层的InAs/GaAs量子点，实现了比以往小5倍的发射线宽且激子寿命不受影响，证明了薄覆盖层下仍能保持高光学质量，为近场量子光子学应用开辟了道路。
2026-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Semiconductor - Ferromagnetic Insulator - Superconductor Nanowires: Stray Field and Exchange Field
本文制备并研究 InAs/EuS/Al 半导体–铁磁绝缘体–超导体纳米线异质结构，揭示其外延匹配、单磁畴杂散场调控及硬超导能隙与磁交换场特征。
2019-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Electric Control of Polarity in Spin-Orbit Josephson Diode
Pohang University of Science and Technology (POSTECH)（浦项科技大学）；Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）；Center for Theoretical Physics of Complex Systems, Institute of Basic Science (IBS)（基础科学研究院复杂系统理论物理中心）；University of Tennessee（田纳西大学）；Quantum Technology Institute, Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS)（韩国标准科学研究所量子技术研究所）
通过调控局部电场观察到约瑟夫森二极管极性反转，揭示了旋轨耦合对非 reciprocal 约瑟夫森电流的影响，理论模型解释了极性反转与磁场的关系。
2025-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
The multi-terminal Josephson effect
在两个弱耦合超导体之间建立相位相干和非耗散（超）电流，称为约瑟夫森效应，在基础物理学和计量学、精密传感、高速数字电子学和量子计算的应用中起着基础作用。结的范围从平面绝缘氧化物到单个原子、分子、半导体纳米线，并且通常到任何有限尺寸的相干导体。最近，两个以上的超导终端的结获得了广泛的关注的背景下编织的马约拉纳费米子在固态的容错量子计算，并访问物理和拓扑结构的维度高于三。在这里，我们报告的第一个观察约瑟夫森效应在3-和4-终端结，在一个自上而下的方式从半导体/超导体（InAs/Al）外延二维异质结构制造。由于相互作用，N端结的临界电流成为同时允许的超电流的（N-1）维流形的边界。这种流形的测量形状可以用介观超导性的散射理论来解释，并且它们对结的对称类非常敏感。此外，我们在每个端子对上同时观察到显著的高阶（高达8个）多个Andreev反射，这验证了正常散射的多端子性质和我们器件中的高界面质量。考虑到先前显示的载流子密度的栅极控制和InAs/Al异质结构中的自旋轨道散射的证据，以及与其他2D材料的器件兼容性，这里报道的多端约瑟夫森效应可以成为拓扑超导性的物理和应用的测试平台。
2018-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Anomalous metallic phase and reduced critical current in superconducting nanowires due to inverse proximity effect
本研究揭示了超导细 wire 中金属接触诱导的反近邻效应导致异常金属相和临界电流降低的现象，为理解介观超导体提供了新视角。
2025-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Proximity effect in PbTe-Pb hybrid nanowire Josephson junctions
本文首次在PbTe-Pb混合纳米线中实现超导邻近效应，展示栅极可调超电流和硬超导能隙，为新型半导体体系中马约拉纳零能模探索和栅极可调量子比特应用奠定基础。
2022-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Transparent Gatable Superconducting Shadow Junctions
门极可调结是基于超导-半导体混合材料的量子器件中的关键元件。它们具有多种用途，从隧道光谱探针到门控子和拓扑量子位中的电压控制量子位操作。共同点是，结透明度起着关键作用。在这项研究中，我们生长单晶InAs，InSb和$\mathrm{InAs_{1-x}Sb_x}$纳米线与外延超导体和原位阴影结在一个单步分子束外延过程。我们调查的制造参数，结的形态，和电子输运特性的交界处之间的相关性，并表明，检查在原位阴影结的质量显着高于蚀刻结。通过改变阴影结的边缘锐度，我们表明，最尖锐的边缘产生最高的结透明度为所有三个检查半导体。此外，临界超电流测量揭示了非常高的$I_\mathrm{C} R_\mathrm{N}$，接近KO $-$ 2极限。这项研究展示了一个有前途的工程路径可靠的门可调超导量子比特。
2020-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Phase Asymmetry of Andreev Spectra From Cooper-Pair Momentum
本文展示了一种Josephson二极管效应的对偶现象，即外延InAs/Al异质结中Andreev束缚态对超导相位差的非互易响应，并证明该相位不对称性源于平面内磁场轨道耦合引发的有限动量Cooper配对。
2023-01-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Finite-size effects in a nanowire strongly coupled to a thin superconducting shell
研究了一维纳米线与特征尺寸远小于其相干长度的有限超导体强耦合时的邻近效应。这种几何形状已成为越来越相关的，近年来在实验中寻找马约拉纳费米子与薄外延铝壳的发展，形成一个非常强大的接触，无论是铟砷或锑化铟纳米线。然而，到目前为止，还没有理论上的处理在这些系统中的邻近效应已占有限尺寸的超导膜。我们发现，当超导体的能级间距大大超过其能隙时，有限尺寸效应变得非常有害。在没有对超导体的尺寸进行任何微调的情况下（在费米波长的尺度上），隧穿能量尺度必须大于能级间距，以便达到在实验中普遍存在的硬能隙状态。然而，在这种情况下，大的隧穿能量尺度引起纳米线的有效化学势的大的偏移，并将拓扑相变推到超过Al的临界场的磁场强度。
2017-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Signatures of a topological phase transition in a planar Josephson junction
本研究基于外延InAs/Al异质结构改进平面约瑟夫森结，通过面内磁场和栅压调控，观察到超导能隙的关闭与重新开启及零偏置电导峰，实验结果与理论模型一致，支持了拓扑相变的发生。
2022-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Effects of large induced superconducting gap on semiconductor Majorana nanowires
随着InAs纳米线和超导Al壳之间具有强超导体-半导体隧道耦合的极高质量外延界面的最近实现，可以探索半导体中邻近诱导超导性的新制度，其中诱导间隙的值可能与体Al间隙（大间隙）相似，具有可忽略的子间隙电导（硬间隙）。我们提出了几个实验相关的后果，这个大间隙强耦合制度的隧穿实验，我们评论的前景，这个制度的拓扑超导性。特别是，我们表明，具有较强的自旋-轨道耦合和大自旋g因子的半导体纳米线的优点可能都受到损害，在这种强耦合的限制，和稍微弱的界面隧穿可能是必要的，以实现最佳的接近超导的半导体纳米线。我们推导出一个最小的，通用的强耦合硬间隙制度获得良好的定性与实验一致的理论，并指出未来的发展方向，进一步朝着马约拉纳纳米线的混合超导体超导体结构。
2015-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Gate-tunable Superconducting Diode Effect in a Three-terminal Josephson Device
本研究在基于 InAs 量子阱二维电子气的三端约瑟夫森器件中观测到栅极和磁场可调的超导二极管效应，并将其归因于含高次谐波的电流-相位关系，展示了多端非线性整流与可扩展应用潜力。
2023-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Enhanced superconducting diode effect in hybrid Josephson junctions
Center for Quantum Information Physics, New York University（纽约大学量子信息物理中心）；Department of Physics, William & Mary（威廉与玛丽学院物理系）；Department of Physics, Florida Atlantic University（佛罗里达大西洋大学物理系）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
本研究在混合约瑟夫森结中通过调控二维电子气实现了超导二极管效应的增强，揭示了非 reciprocal 超导输运的新方法。
2025-12-22 cond-mat.mes-hall
Dynamical vortex transitions in a gate-tunable Josephson junction array
本文研究栅极可调二维 Josephson 结阵列的电流驱动涡旋动力学，通过微分电阻转变和标度分析揭示不同磁通填充下的涡旋钉扎、公度及奇偶偏斜行为。
2022-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Tunable proximity effects and topological superconductivity in ferromagnetic hybrid nanowires
结合外延超导体和铁磁绝缘体层的混合半导体纳米线器件最近已被实验探索作为在零施加磁场下的拓扑超导性的替代平台。在这个证明的原则工作，我们表明，拓扑制度可以达到在实际设备中取决于一些几何约束。为此，我们进行数值模拟的InAs线中，我们明确包括超导铝和磁性EuS壳，以及在自洽的平均场水平与静电环境的相互作用。我们的计算表明，纳米线上的磁性和超导邻近效应都可以通过附近的门来调节，这要归功于它们能够将波函数移动到整个线部分。我们发现，拓扑相位是实现在相图的重要部分，只有在配置中的Al和EuS层重叠的一些线面，由于相当本地的直接诱导自旋极化和外观的额外的间接交换场通过超导体。虽然与最近的实验解释明显相关，但可调谐邻近效应在更广泛的超导自旋电子学领域中引起了人们的兴趣。
2021-07-21 cond-mat.mes-hall
Gate tunable enhancement of supercurrent in hybrid planar Josephson junctions
本文通过在InAs异质结构的超导引线上设计周期性孔洞并结合顶栅耗尽，实验与理论证实可优化波函数匹配从而增强平面约瑟夫森结超流，为调控子带数和拓扑能隙以实现稳健准一维拓扑超导态提供了新途径。
2025-04-16 cond-mat.mes-hall
